レーザ・デポジション法による傾斜機能固体電解質薄膜の作製と評価

激光沉积法功能梯度固体电解质薄膜的制备与评价

基本信息

批准号：
08243207
负责人：
湯上浩雄
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

酸素イオン伝導体であるイットリア安定化ジルコニアなどの個体電解質は,固体酸化物燃料電池(SOFC)などへの応用が期待されている.SOFCは燃料の持つ化学エネルギーを直接電力に変換できるものである.SOFCは全て固体で構成されているので,電解質と電極材との整合性が必要で,我々は電極材料として,電解質材料である安定化ジルコニア(YSZ)をベースにした電子-イオン混合導電体を用いることを考えている.しかしながら電子導電性を向上させるにはYSZに添加する材料の濃度を高める必要があるので,整合性が悪くなる.そこでYSZに添加する材料の濃度を傾斜し,電極電解質界面での整合性を良くすることが考えられる.本研究ではYSZに添加する材料としてCeO_2を取り上げ,CeO_2濃度を変化させた傾斜機能薄膜をレーザアブレ0ション法により作製し,電気的特性評価を行った.作製した薄膜は,いずれも緻密で基板に平行に(100)面が成長していた.またCeの分布を観察すると,薄膜内での組成の変化が確認できた.薄膜の面内方向の導電特性は傾斜化により,イオン導電率,電子導電率が共に増加し,全酸素分圧領域で電気特性が向上することが明らかになった.また薄膜/基板界面における酸素の拡散がよりスムーズに行われることを明らかにした.以上の結果より,電極材の傾斜機能化によりSOFCの電気化学的特性を向上させることが明らかになった.また熱サイクル試験の結果についても組成の傾斜化により,薄膜/YSZ基板界面での剥離等を防ぐことができた.今後,さらに,SOFCへの傾斜機能材料の適用可能性について検討し,単セル試験を行う.また低温動作型のSOFCに適用する傾斜機能電極の開発も行う予定である.

氧化钇稳定氧化锆等固体电解质有望应用于固体氧化物燃料电池（SOFC），由于SOFC完全由固体组成，因此可以将燃料的化学能直接转化为电能。需要电解质和电极材料之间的相容性。作为电极材料，我们使用基于稳定氧化锆（YSZ）的电子-离子混合物，这是电解质材料。我们正在考虑使用导体，但是为了提高电子传导性，需要增加YSZ中添加的材料的浓度，这会导致本研究中使用CeO_2作为材料。添加到YSZ中，通过激光烧蚀制备了具有不同CeO_2浓度的功能梯度薄膜。评估了所有制造的薄膜的致密性，其（100）面平行于基板生长。此外，当观察Ce的分布时，证实了薄膜内的组成的变化。薄膜的结果表明，通过分级，离子电导率和电子电导率均增加，并且在整个氧分压区域内电性能得到改善。此外，薄膜/基板界面处的氧扩散发生得更加顺畅。从以上结果可以清楚地看出，通过对电极材料进行功能分级，可以改善SOFC的电化学性能。此外，关于热循环测试的结果，通过对成分进行分级，未来薄膜/YSZ基板界面，我们将进一步研究将功能梯度材料应用于SOFC的可能性并进行单电池测试。我们还将开发可应用于低温运行SOFC的功能梯度电极。